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本研究旨在确定/评估土壤-水体中三个关键的基础研究问题/关注点。首先，重要的微量金属和腐殖质(HS)在土壤-水体中如何分布？其次，如何从土壤中进行土壤HS的最佳提取，以期开发出一种新颖的提取技术，从而阐明土壤中的生物地球化学现象？第三，如果土壤HS在阳光或黑暗条件下发生降解，那么重要的金属在周围环境中会产生怎样的效应？为了调查/评估这些关键的基础问题，本研究设定了以下目标：(1)调查重要金属和HS在土壤-水体中的分布，研究中国不同气候区土壤金属和HS的络合特性。(2)评价土壤腐殖质的最佳溶解度，真实表征其在对照土壤环境下的特征。(3)开发一种新的提取技术，从土壤中提取HS，从而阐明土壤中存在的生物地球化学现象。(4)阐明不同土壤中HS和金属的生物地球化学转化机制。(5)评价在自然光照和暗箱培养(微生物)条件下、光诱导和微生物对土壤HS的降解作用，阐明它们对金属和HS络合性质的影响。
为了实现以上目标，本研究从中国15个省份共采集142个水样，覆盖了中国五个气候带，以评估金属的分布及其与荧光溶解性有机质(FDOM)的络合作用(M-FDOM)。为了开发一种标准提取技术来确定土壤腐殖质的溶解度，本研究选取三种不同的土壤，即森林土壤、玉米地土壤和稻田土壤，采用多种提取方法(提取时间、提取剂、固液比、以及连续提取)，基于土壤HS的荧光特征(EEM)及营养盐(NO3?-N、PO43?-P、溶解性Si)的变化，评估土壤HS的溶解度。为实施新的提取技术以研究HS的特性及其对不同种类土壤中重金属的生物地球化学效应，本研究采集了21个土壤样品，其中6个来自不同的森林地带、5个来自不同的河岸边、6个来自不同类型的耕地(玉米地、大豆地和稻田)、2个来自人工公园(高尔夫球场)、最后2个样本来自未耕作、但暴露在阳光下的不毛之地的退化土壤。为了阐明土壤HS的光诱导作用和微生物降解作用(相同条件下暗箱培养)，及其和金属的络合特性，本研究在自然条件下对森林土壤进行了150天的光照及暗箱培养实验。土壤取自中国天津盘山落叶林土壤(土壤类型：普通淋溶土)。使用EEM-PARAFAC分析表征和量化FDOM。整个研究的结果共产生四个关键研究主题。
第一个主题描述了内陆水域中不同气候区的FDOM和金属的分布、迁移及其特征。采用多元统计分析方法，分析了5个气候区各样品的金属与FDOM之间的相互作用。为了更好地理解M-FDOM与理化性质的相互作用，本研究还测试了样品的pH、电导率、溶解性有机碳(DOC)和营养盐(包括：硝酸盐(NO3?)、总氮(TN)、磷酸盐(PO43?)、总磷(TP)和硅酸盐(SiO32?))。金属浓度的结果表明，在中国15个省份的内陆地表水中，金属浓度差异很大，其中：Al的浓度为3.1-287.7μgL-1，As的浓度为0.12-10.80μgL-1，Cr的浓度为0.11-13.04μgL-1，Fe的浓度为3.56-561.10μgL-1，Pb的浓度为0.07-5.33μgL-1，Si的浓度为0.31-14.99mgL-1，Sr的浓度为15.9-704.5μgL-1，U的浓度为0.01-15.29μgL-1，Zn的浓度为1.56-116.38μgL-1。金属浓度在5个气候区之间也有很大的差异，例如，在温带季风气候区，Fe、Pb、As和Al的平均浓度最高。在高原和山地气候区，Cr、Zn和U的平均浓度最高，而在温带大陆性气候区，Sr和Si的平均浓度最高。这些结果表明，金属浓度的巨大差异可能来自不同的源。相反，采用PARAFAC模型对地表水(溪流、河流和湖泊/水库)水样的EEM光谱分别进行了2~4组分模型模拟，通过组分分析共鉴定出8种荧光成分或FDOM。所有荧光组分的平均总荧光强度在5个气候区也存在显著差异，其中：热带季风气候区为13-967QSU(平均378±401QSU)，亚热带季风气候区为121-2490QSU(平均592±598QSU)，高原和山地气候区为272-345QSU(平均290±28QSU)，温带季风气候区为72-1813QSU(平均503±391QSU)，温带大陆性气候区为78-832QSU(平均230±213QSU)。结果表明，在亚热带季风气候区和温带季风气候区地表水中均可检测到荧光成分。中国南部和东部(贵州、广东、云南、上海)的DOC浓度较高，其可能源自人为和陆地土壤、以及较多的植被，通过降水或地表径流进入周边水体。相反，中国北部(青海、新疆、内蒙古)的DOC浓度最低，如此低的DOC可能由于中国北方地区植被少、降水少。有趣的是，地表水中PO43?和TP的最高浓度与NO3?和TN的最高含量没有任何相关性，充分说明了PO43?和TP的生物地球化学吸收和矿化过程与NO3?和TN完全不同，这可能是由于内陆淡水中营养盐的这种特征差异造成的。令人惊讶的是，SiO32?的最高浓度通常出现在中国南部，部分类似于NO3?或TN的最高浓度。结果表明，这两种营养盐(SiO32?和NO3?)在地表水中的生物地球化学过程和功能是相同的。在各气候区中，Fe、Sr、Si、Al、As和Pb的平均浓度在温带季风气候区和温带大陆性气候区最高，陆地HS(腐殖酸HA和富里酸FA)含量也相应最高。同样地，所有的金属浓度在热带季风气候区最低，陆地HS也相应最低，表明陆源HS很容易将这些金属从土壤/陆地生态系统运输到周围的内陆水体。与之相反，U、Cr、Zn含量在高原和山地气候区最高，HS(FA+HA)总平均浓度排第二。结果表明不同的金属可以与不同的荧光组分(取决于官能团)形成配合物。在所有的金属中，Fe和Al被POM吸附的浓度最大(约90%)，而与其他气候区相比，温带大陆性气候区淡水中的Al、As、Sr和Zn对POM的吸附量最大，这可能是由于干旱气候条件下土壤释放高的POM、以及该地区FDOM组分的总荧光强度最低导致的。气候因素表明，温带大陆性气候对陆源到周边水体的金属浸出起着重要作用，从而使得内陆淡水水体中金属的浓度升高。这些结果最终表明，M-FDOM研究可以作为更好地理解陆-水系统的整体方法的有用指标，这对于自然地表-地球系统的科学管理无疑是至关重要的。
因此，确定陆地土壤HS和重要金属在地表水中与M-FDOM的关系至关重要。为了评估这个问题，确定土壤HS在不同土壤环境下的最佳溶解度及其在不同提取方法下的生物地球化学特征、同时探索HS的正确提取方法，都是至关重要的，这在早期的研究中尚未获悉。下一个课题是土壤腐殖质在不同提取条件下的溶解度，同时确定三种特征土壤HS的生物地球化学特征及其营养盐变化.
第二个主题为土壤HS的最佳溶解度，即采用标准化提取方法、在最小的降解影响水平下提取土壤HS。本研究选取三种不同的土壤(森林土壤、玉米地土壤和稻田土壤)，采用多种提取方法(提取时间、提取剂、固液比、以及连续提取)，分析土壤HS的荧光特征(EEM图谱)及营养盐(NO3?-N、PO43?-P、溶解性Si)的浓度变化，从而评估土壤HS的溶解度。通过平行因子(PARAFAC)分析不同土壤提取液的EEM光谱，鉴定出三种荧光成分，即类腐殖酸(HA-like)，类富里酸(FA-like)和类蛋白质荧光团(PLF)。注意到，PLF的峰与类腐殖物质(HLS)显示的两个峰(Ex/Em=270-300/410-423nm处的M峰和Ex/Em=220-225/410-423nm处的A峰)是相关的。KCl提取物中不仅不存在FA-like，而且HA-like的C峰也移动到较短的波长区域。HA-like的这种蓝移效应可能归因于溶液中的K+和Cl?离子影响其荧光特性，具体取决于土壤特性。对于森林土壤，碱性提取物中的HA-like与水提取物中的HA-like表现出类似的EEM图谱和荧光峰，但从玉米地和稻田土的提取物中却出现了新的HA-like的EEM图谱。对于稻田土而言，这个新的峰位于Ex/Em=365，335/477，460nm的C区，以及发射光范围为442-468nm的A峰。对于玉米地而言，这个新的峰位于发射光范围为460-477nm的A峰。除PLF以外，HS的溶解度、DOC、营养盐均随提取时间的延长而增大。三种土壤的KCl提取物中均未发现FA-like，表明盐提取效率的低下。相反，碱性提取物中的HS和营养盐的溶解度显著增加，而溶解性Si与HA-like、FA-like的荧光强度显著相关。这些结果表明，溶解性硅可能来源于无定型硅(植硅体)和/或硅酸盐矿物的不溶性HS复合物。在热带土壤中，硅主要以植硅体或吸附在土壤矿物颗粒(铁/铝氧化物/氢氧化物)的形式存在，这一事实也支持了这一假设。对三种土壤而言，在较低的固液比(1∶250-1∶100)下，HS和营养盐的相对溶解度较高，而在较高的固液比(1:10)下，HS和营养盐的相对溶解度最高。连续提取结果表明，第一步水提取仅获得42-55％的HS，表明单次提取不能彻底提取HS。结果表明，水提和碱提可分别获得土壤中存在的不稳定态HS和不溶性复合态HS。水提取方法的效率最高，在较短的提取时间(6小时)、较高的固液比(1∶10或1∶20)、室温(25℃)的条件下，可提取HS的不稳定组分并研究它们在土壤中的生物地球化学现象和分子组成及结构。在室温(25℃)下，固液比为1∶10或1∶20的碱提取方法，是提取参与生物地球化学过程的不溶性HS复合物的最有效方法，同时可以在分子水平上对其进行表征。这些结果可以用来评估典型的土壤特征(包括每种HS的降解性质)及其生物地球化学效应(包括土壤环境中的碳和营养盐动力学)。
根据上述研究结果，在不同的土壤环境中，采用新开发的提取技术，在水提法和碱提法两种不同的提取条件下，研究土壤HS和金属的不稳定态及复合态是如何存在的，具有重要意义。这些问题可以与地表水中M-FDOM的生物地球化学的发生和迁移相比较。下一个主题包括金属和土壤HS在不同土壤中的分布及其生物地球化学转化.
本研究首次应用了一种新颖的提取方法，分别提取了不稳定态DOM和复合态DOM，然后使用EEM-PARAFAC分析，真实可靠地识别出FDOM组分。因此，本研究中的DOM在操作上分为两个部分：首先，水提取的土壤溶液可以表示为DOM的不稳定组分，即可以溶解的、相对分子质量较低的腐殖质。其次，碱法提取的土壤溶液被称为DOM的复合态，即不可水溶的、相对分子质量较大的腐殖质。对于21种土壤，水提取液的DOC浓度范围为4.73至10.77mgL-1，碱提取液的DOC浓度范围为8.07至50.74mgL-1。五个不同特征样本(森林土、河边土、农田土、公园土和退化土地)的DOC浓度结果表明，退化土地土壤中水提法与碱提法所提取的DOC浓度的比率最高。对于21个土壤样品，EEM-PARAFAC模型在土壤样品中最多鉴定出三种荧光成分，HA-like，FA-like，PLF。有趣的是，在退化土地和高尔夫公园的土壤中，水提取液中没有HA-like和PLF。但是在碱提取液中，只有HA-like被完全降解。此外，在退化土壤和高尔夫公园土壤中，FA-like的C峰波长范围(310-315/425-426nm)比森林土壤(320/436nm)，河边土壤(325/436nm)和农田土壤(345/436nm)的波长范围更短。在研究的土壤中，HA-like和FA-like的荧光激发发射峰(C峰和A峰)及其强度，在碱性提取过程中有很大的差异。这些结果表明，土壤中HS，包括不稳定HS和复合态HS，会同时发生降解。本研究共测定了21种土壤中的16种金属，其中Ca、Mg、Fe、Al和Si采用ICP-OES法测定，其他微量金属(Sr、As、Cd、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、Sb、U和Zn)采用ICP-MS法测定。分级研究表明，除Ca、Sr、Cd、U和Z以外，所有其他金属均以复合态形式存在于土壤中。在农田土壤中，硅在碱性溶液中的溶解度最高。粘土颗粒与除Cd以外的所有金属均有高度显著的相关性。除As、Cd、Pb外，其他所有金属与土壤中硫含量均呈显著正相关。除Cd外，土壤样品中大多数金属之间呈显着正相关。金属与HS之间的Pearson相关性结果表明，在碱提取过程中，大多数金属与HA-like、FA-like和PLF密切相关。此外，少许金属(如Si、As、Cu、Pb)与HA-like和PLF密切相关，但不稳定态的Pb除外。这些结果强烈表明金属与土壤HS以溶解态和复合态形式共存于土壤中。HS的不稳定态与金属的相关性较小，表明不稳定态的腐殖质与土壤中的金属共存性较弱。稳定同位素和氮含量表明农田、公园和退化土地的土壤具有相似的特征。相反，在农田和退化土地的土壤样品中，溶解性无机氮(DIN)和溶解性无机磷(DIP)占相应土壤全氮(STN)和总溶解性磷(TDP)的比例较高。这表明，含氮和含磷的HS的降解更多，优先降解为无机营养盐(即DIN和DIP)。土壤参数的因子分析表明，与森林和河岸的土壤相比，农田、轻度盐碱化的(退化土地)和公园土壤的退化程度更高。森林和河边的土壤中金属浓度最高，也证明了这一点，表明未退化的土壤比退化的土壤保留更多的金属。河岸边和公园的土壤中水提取液的HA-like浓度与碱提取液的HA-like浓度比率较高。然而，森林土壤中却是FA-like比率较高。金属与土壤有机碳之间存在显著相关性。因此，本研究的最终结论是：在水提取过程中，由于不稳定态的HS与金属的络合作用较弱，从而促进了土壤中金属与HS的浸出。
最后，揭示在实验条件下金属和土壤HS的不稳定态和复合态之间是如何转化的证据，这是迄今为止尚未所知的。第四个主题包括在自然光照和黑暗实验条件下，光-微生物对土壤HS和金属的不稳定态和复合态的共同影响及其生物地球化学转化。
为探究土壤HS、金属及营养盐在光照及黑暗条件下的光化学和微生物转化，三组土壤分别进行光照及暗箱培养，以森林土壤作为对照组，在实验室恒温器中控制温度为25℃，时长为0天(原样)、30天、75天和150天。采用EEM-PARAFAC分析，对光照、暗箱培养和对照样品的水提液和碱提液中HS都进行鉴定。同样，在各种实验条件下，测试金属的浓度以评估其溶解度和生物地球化学变化。遵循类似的新型提取方法，从实验样品中提取土壤HS或DOM。结果表明，光照组的土壤样品中DOC含量增加了，与未经光照的土壤原样相比，水提液的DOC浓度增加了大约3倍，碱提液的DOC浓度增加了不到1%。相反，微生物培养和对照组样品的DOC含量比原始样品降低了(水提取液和碱提取液中分别降低16-20％和7-11％)。结果表明，与微生物降解作用相比，光辐照对表层土壤起着重要作用。无论是经光照的样品还是微生物培养的样品，碱提液中的硅酸盐(SiO3)均比水提液中的SiO3高7倍。对实验土壤样品进行EEM-PARAFAC分析表明，在阳光照射下，HS中的HA-like、FA-like和PLF分别增加了2倍、3倍和3倍。在黑暗和对照条件下，PLF分别降低了100％和13％，HA-like分别增加27％和减少49％，FA-like分别减少13％和94％。这些结果表明，微生物作用可使土壤HS或DOM迅速矿化成CO2和其它终产物。在水提法中，经过30天的光照后，水提取液在较短的波长区域识别出HA-like，在较长的波长区域识别出FA-like，同时水提取液的DOC浓度增加了约90％，这些增加的DOC可能来源于经阳光照射风化的土壤有机碳(SOC)。前30天内DOC的产生率更高，这可能是由于实验初期样品的含水量比后期较高。在75~150天的光照射过程中，检测到的新的荧光成分可能来自新的SOC。在碱提法中，经过150天的光照，FA-like的峰完全降解，而HA-like组分移至较短波长区，这是在水提取法提取光照30天后的样品观察到的。该结果有力的证明了，与复合态DOM相比，光照能够显著降解DOM的不稳定组分。在光降解实验中，光照150天后，水提液中的金属含量随着土壤HS或DOM的快速转化而发生显著变化。例如，在DOM的不稳定组分中，碱土金属(Mg、Sr)和微量金属(As、Cu、Mn、Ni、Sb、Pb、U、Zn)的浓度在150天内增加了2%，达到4倍。在碱性提取过程中，仅Mn浓度在光照下显著增加(2倍)，而其他金属浓度变化不显著，除Ca、Sr、Sb和U外，所有金属浓度在75天后降低。Al、Si和Ni的浓度在75天内逐渐升高，而与此同时Fe、As、Pb的浓度由于光照效应而降低。暗箱培养过程的金属浓度降低达3-66%。随着HS的降解，水提物中DOC浓度和碱土金属含量增加，说明光照对HS有显著的转化作用。总的来说，光和微生物的作用都比对照组中土壤HS或DOM的矿化和改变更有效。最后，本研究的结果表明光照和温度对土壤HS和金属的影响至关重要，预示着全球变暖将对土壤有机质产生重要影响。
综合以上结果和发现，可以肯定地证明，土壤腐殖质和金属以不稳定态和复合态存在于土壤中，它们会随气候条件的影响而沥滤/迁移到周边地表水中。因此，即将到来的全球变暖，特别是温度和阳光，将加速陆地金属和土壤腐殖质往周边地表水的迁移/动力学，从而改变它们在土壤-水中的整个生物地球化学过程及功能。
为了实现以上目标，本研究从中国15个省份共采集142个水样，覆盖了中国五个气候带，以评估金属的分布及其与荧光溶解性有机质(FDOM)的络合作用(M-FDOM)。为了开发一种标准提取技术来确定土壤腐殖质的溶解度，本研究选取三种不同的土壤，即森林土壤、玉米地土壤和稻田土壤，采用多种提取方法(提取时间、提取剂、固液比、以及连续提取)，基于土壤HS的荧光特征(EEM)及营养盐(NO3?-N、PO43?-P、溶解性Si)的变化，评估土壤HS的溶解度。为实施新的提取技术以研究HS的特性及其对不同种类土壤中重金属的生物地球化学效应，本研究采集了21个土壤样品，其中6个来自不同的森林地带、5个来自不同的河岸边、6个来自不同类型的耕地(玉米地、大豆地和稻田)、2个来自人工公园(高尔夫球场)、最后2个样本来自未耕作、但暴露在阳光下的不毛之地的退化土壤。为了阐明土壤HS的光诱导作用和微生物降解作用(相同条件下暗箱培养)，及其和金属的络合特性，本研究在自然条件下对森林土壤进行了150天的光照及暗箱培养实验。土壤取自中国天津盘山落叶林土壤(土壤类型：普通淋溶土)。使用EEM-PARAFAC分析表征和量化FDOM。整个研究的结果共产生四个关键研究主题。
第一个主题描述了内陆水域中不同气候区的FDOM和金属的分布、迁移及其特征。采用多元统计分析方法，分析了5个气候区各样品的金属与FDOM之间的相互作用。为了更好地理解M-FDOM与理化性质的相互作用，本研究还测试了样品的pH、电导率、溶解性有机碳(DOC)和营养盐(包括：硝酸盐(NO3?)、总氮(TN)、磷酸盐(PO43?)、总磷(TP)和硅酸盐(SiO32?))。金属浓度的结果表明，在中国15个省份的内陆地表水中，金属浓度差异很大，其中：Al的浓度为3.1-287.7μgL-1，As的浓度为0.12-10.80μgL-1，Cr的浓度为0.11-13.04μgL-1，Fe的浓度为3.56-561.10μgL-1，Pb的浓度为0.07-5.33μgL-1，Si的浓度为0.31-14.99mgL-1，Sr的浓度为15.9-704.5μgL-1，U的浓度为0.01-15.29μgL-1，Zn的浓度为1.56-116.38μgL-1。金属浓度在5个气候区之间也有很大的差异，例如，在温带季风气候区，Fe、Pb、As和Al的平均浓度最高。在高原和山地气候区，Cr、Zn和U的平均浓度最高，而在温带大陆性气候区，Sr和Si的平均浓度最高。这些结果表明，金属浓度的巨大差异可能来自不同的源。相反，采用PARAFAC模型对地表水(溪流、河流和湖泊/水库)水样的EEM光谱分别进行了2~4组分模型模拟，通过组分分析共鉴定出8种荧光成分或FDOM。所有荧光组分的平均总荧光强度在5个气候区也存在显著差异，其中：热带季风气候区为13-967QSU(平均378±401QSU)，亚热带季风气候区为121-2490QSU(平均592±598QSU)，高原和山地气候区为272-345QSU(平均290±28QSU)，温带季风气候区为72-1813QSU(平均503±391QSU)，温带大陆性气候区为78-832QSU(平均230±213QSU)。结果表明，在亚热带季风气候区和温带季风气候区地表水中均可检测到荧光成分。中国南部和东部(贵州、广东、云南、上海)的DOC浓度较高，其可能源自人为和陆地土壤、以及较多的植被，通过降水或地表径流进入周边水体。相反，中国北部(青海、新疆、内蒙古)的DOC浓度最低，如此低的DOC可能由于中国北方地区植被少、降水少。有趣的是，地表水中PO43?和TP的最高浓度与NO3?和TN的最高含量没有任何相关性，充分说明了PO43?和TP的生物地球化学吸收和矿化过程与NO3?和TN完全不同，这可能是由于内陆淡水中营养盐的这种特征差异造成的。令人惊讶的是，SiO32?的最高浓度通常出现在中国南部，部分类似于NO3?或TN的最高浓度。结果表明，这两种营养盐(SiO32?和NO3?)在地表水中的生物地球化学过程和功能是相同的。在各气候区中，Fe、Sr、Si、Al、As和Pb的平均浓度在温带季风气候区和温带大陆性气候区最高，陆地HS(腐殖酸HA和富里酸FA)含量也相应最高。同样地，所有的金属浓度在热带季风气候区最低，陆地HS也相应最低，表明陆源HS很容易将这些金属从土壤/陆地生态系统运输到周围的内陆水体。与之相反，U、Cr、Zn含量在高原和山地气候区最高，HS(FA+HA)总平均浓度排第二。结果表明不同的金属可以与不同的荧光组分(取决于官能团)形成配合物。在所有的金属中，Fe和Al被POM吸附的浓度最大(约90%)，而与其他气候区相比，温带大陆性气候区淡水中的Al、As、Sr和Zn对POM的吸附量最大，这可能是由于干旱气候条件下土壤释放高的POM、以及该地区FDOM组分的总荧光强度最低导致的。气候因素表明，温带大陆性气候对陆源到周边水体的金属浸出起着重要作用，从而使得内陆淡水水体中金属的浓度升高。这些结果最终表明，M-FDOM研究可以作为更好地理解陆-水系统的整体方法的有用指标，这对于自然地表-地球系统的科学管理无疑是至关重要的。
因此，确定陆地土壤HS和重要金属在地表水中与M-FDOM的关系至关重要。为了评估这个问题，确定土壤HS在不同土壤环境下的最佳溶解度及其在不同提取方法下的生物地球化学特征、同时探索HS的正确提取方法，都是至关重要的，这在早期的研究中尚未获悉。下一个课题是土壤腐殖质在不同提取条件下的溶解度，同时确定三种特征土壤HS的生物地球化学特征及其营养盐变化.
第二个主题为土壤HS的最佳溶解度，即采用标准化提取方法、在最小的降解影响水平下提取土壤HS。本研究选取三种不同的土壤(森林土壤、玉米地土壤和稻田土壤)，采用多种提取方法(提取时间、提取剂、固液比、以及连续提取)，分析土壤HS的荧光特征(EEM图谱)及营养盐(NO3?-N、PO43?-P、溶解性Si)的浓度变化，从而评估土壤HS的溶解度。通过平行因子(PARAFAC)分析不同土壤提取液的EEM光谱，鉴定出三种荧光成分，即类腐殖酸(HA-like)，类富里酸(FA-like)和类蛋白质荧光团(PLF)。注意到，PLF的峰与类腐殖物质(HLS)显示的两个峰(Ex/Em=270-300/410-423nm处的M峰和Ex/Em=220-225/410-423nm处的A峰)是相关的。KCl提取物中不仅不存在FA-like，而且HA-like的C峰也移动到较短的波长区域。HA-like的这种蓝移效应可能归因于溶液中的K+和Cl?离子影响其荧光特性，具体取决于土壤特性。对于森林土壤，碱性提取物中的HA-like与水提取物中的HA-like表现出类似的EEM图谱和荧光峰，但从玉米地和稻田土的提取物中却出现了新的HA-like的EEM图谱。对于稻田土而言，这个新的峰位于Ex/Em=365，335/477，460nm的C区，以及发射光范围为442-468nm的A峰。对于玉米地而言，这个新的峰位于发射光范围为460-477nm的A峰。除PLF以外，HS的溶解度、DOC、营养盐均随提取时间的延长而增大。三种土壤的KCl提取物中均未发现FA-like，表明盐提取效率的低下。相反，碱性提取物中的HS和营养盐的溶解度显著增加，而溶解性Si与HA-like、FA-like的荧光强度显著相关。这些结果表明，溶解性硅可能来源于无定型硅(植硅体)和/或硅酸盐矿物的不溶性HS复合物。在热带土壤中，硅主要以植硅体或吸附在土壤矿物颗粒(铁/铝氧化物/氢氧化物)的形式存在，这一事实也支持了这一假设。对三种土壤而言，在较低的固液比(1∶250-1∶100)下，HS和营养盐的相对溶解度较高，而在较高的固液比(1:10)下，HS和营养盐的相对溶解度最高。连续提取结果表明，第一步水提取仅获得42-55％的HS，表明单次提取不能彻底提取HS。结果表明，水提和碱提可分别获得土壤中存在的不稳定态HS和不溶性复合态HS。水提取方法的效率最高，在较短的提取时间(6小时)、较高的固液比(1∶10或1∶20)、室温(25℃)的条件下，可提取HS的不稳定组分并研究它们在土壤中的生物地球化学现象和分子组成及结构。在室温(25℃)下，固液比为1∶10或1∶20的碱提取方法，是提取参与生物地球化学过程的不溶性HS复合物的最有效方法，同时可以在分子水平上对其进行表征。这些结果可以用来评估典型的土壤特征(包括每种HS的降解性质)及其生物地球化学效应(包括土壤环境中的碳和营养盐动力学)。
根据上述研究结果，在不同的土壤环境中，采用新开发的提取技术，在水提法和碱提法两种不同的提取条件下，研究土壤HS和金属的不稳定态及复合态是如何存在的，具有重要意义。这些问题可以与地表水中M-FDOM的生物地球化学的发生和迁移相比较。下一个主题包括金属和土壤HS在不同土壤中的分布及其生物地球化学转化.
本研究首次应用了一种新颖的提取方法，分别提取了不稳定态DOM和复合态DOM，然后使用EEM-PARAFAC分析，真实可靠地识别出FDOM组分。因此，本研究中的DOM在操作上分为两个部分：首先，水提取的土壤溶液可以表示为DOM的不稳定组分，即可以溶解的、相对分子质量较低的腐殖质。其次，碱法提取的土壤溶液被称为DOM的复合态，即不可水溶的、相对分子质量较大的腐殖质。对于21种土壤，水提取液的DOC浓度范围为4.73至10.77mgL-1，碱提取液的DOC浓度范围为8.07至50.74mgL-1。五个不同特征样本(森林土、河边土、农田土、公园土和退化土地)的DOC浓度结果表明，退化土地土壤中水提法与碱提法所提取的DOC浓度的比率最高。对于21个土壤样品，EEM-PARAFAC模型在土壤样品中最多鉴定出三种荧光成分，HA-like，FA-like，PLF。有趣的是，在退化土地和高尔夫公园的土壤中，水提取液中没有HA-like和PLF。但是在碱提取液中，只有HA-like被完全降解。此外，在退化土壤和高尔夫公园土壤中，FA-like的C峰波长范围(310-315/425-426nm)比森林土壤(320/436nm)，河边土壤(325/436nm)和农田土壤(345/436nm)的波长范围更短。在研究的土壤中，HA-like和FA-like的荧光激发发射峰(C峰和A峰)及其强度，在碱性提取过程中有很大的差异。这些结果表明，土壤中HS，包括不稳定HS和复合态HS，会同时发生降解。本研究共测定了21种土壤中的16种金属，其中Ca、Mg、Fe、Al和Si采用ICP-OES法测定，其他微量金属(Sr、As、Cd、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、Sb、U和Zn)采用ICP-MS法测定。分级研究表明，除Ca、Sr、Cd、U和Z以外，所有其他金属均以复合态形式存在于土壤中。在农田土壤中，硅在碱性溶液中的溶解度最高。粘土颗粒与除Cd以外的所有金属均有高度显著的相关性。除As、Cd、Pb外，其他所有金属与土壤中硫含量均呈显著正相关。除Cd外，土壤样品中大多数金属之间呈显着正相关。金属与HS之间的Pearson相关性结果表明，在碱提取过程中，大多数金属与HA-like、FA-like和PLF密切相关。此外，少许金属(如Si、As、Cu、Pb)与HA-like和PLF密切相关，但不稳定态的Pb除外。这些结果强烈表明金属与土壤HS以溶解态和复合态形式共存于土壤中。HS的不稳定态与金属的相关性较小，表明不稳定态的腐殖质与土壤中的金属共存性较弱。稳定同位素和氮含量表明农田、公园和退化土地的土壤具有相似的特征。相反，在农田和退化土地的土壤样品中，溶解性无机氮(DIN)和溶解性无机磷(DIP)占相应土壤全氮(STN)和总溶解性磷(TDP)的比例较高。这表明，含氮和含磷的HS的降解更多，优先降解为无机营养盐(即DIN和DIP)。土壤参数的因子分析表明，与森林和河岸的土壤相比，农田、轻度盐碱化的(退化土地)和公园土壤的退化程度更高。森林和河边的土壤中金属浓度最高，也证明了这一点，表明未退化的土壤比退化的土壤保留更多的金属。河岸边和公园的土壤中水提取液的HA-like浓度与碱提取液的HA-like浓度比率较高。然而，森林土壤中却是FA-like比率较高。金属与土壤有机碳之间存在显著相关性。因此，本研究的最终结论是：在水提取过程中，由于不稳定态的HS与金属的络合作用较弱，从而促进了土壤中金属与HS的浸出。
最后，揭示在实验条件下金属和土壤HS的不稳定态和复合态之间是如何转化的证据，这是迄今为止尚未所知的。第四个主题包括在自然光照和黑暗实验条件下，光-微生物对土壤HS和金属的不稳定态和复合态的共同影响及其生物地球化学转化。
为探究土壤HS、金属及营养盐在光照及黑暗条件下的光化学和微生物转化，三组土壤分别进行光照及暗箱培养，以森林土壤作为对照组，在实验室恒温器中控制温度为25℃，时长为0天(原样)、30天、75天和150天。采用EEM-PARAFAC分析，对光照、暗箱培养和对照样品的水提液和碱提液中HS都进行鉴定。同样，在各种实验条件下，测试金属的浓度以评估其溶解度和生物地球化学变化。遵循类似的新型提取方法，从实验样品中提取土壤HS或DOM。结果表明，光照组的土壤样品中DOC含量增加了，与未经光照的土壤原样相比，水提液的DOC浓度增加了大约3倍，碱提液的DOC浓度增加了不到1%。相反，微生物培养和对照组样品的DOC含量比原始样品降低了(水提取液和碱提取液中分别降低16-20％和7-11％)。结果表明，与微生物降解作用相比，光辐照对表层土壤起着重要作用。无论是经光照的样品还是微生物培养的样品，碱提液中的硅酸盐(SiO3)均比水提液中的SiO3高7倍。对实验土壤样品进行EEM-PARAFAC分析表明，在阳光照射下，HS中的HA-like、FA-like和PLF分别增加了2倍、3倍和3倍。在黑暗和对照条件下，PLF分别降低了100％和13％，HA-like分别增加27％和减少49％，FA-like分别减少13％和94％。这些结果表明，微生物作用可使土壤HS或DOM迅速矿化成CO2和其它终产物。在水提法中，经过30天的光照后，水提取液在较短的波长区域识别出HA-like，在较长的波长区域识别出FA-like，同时水提取液的DOC浓度增加了约90％，这些增加的DOC可能来源于经阳光照射风化的土壤有机碳(SOC)。前30天内DOC的产生率更高，这可能是由于实验初期样品的含水量比后期较高。在75~150天的光照射过程中，检测到的新的荧光成分可能来自新的SOC。在碱提法中，经过150天的光照，FA-like的峰完全降解，而HA-like组分移至较短波长区，这是在水提取法提取光照30天后的样品观察到的。该结果有力的证明了，与复合态DOM相比，光照能够显著降解DOM的不稳定组分。在光降解实验中，光照150天后，水提液中的金属含量随着土壤HS或DOM的快速转化而发生显著变化。例如，在DOM的不稳定组分中，碱土金属(Mg、Sr)和微量金属(As、Cu、Mn、Ni、Sb、Pb、U、Zn)的浓度在150天内增加了2%，达到4倍。在碱性提取过程中，仅Mn浓度在光照下显著增加(2倍)，而其他金属浓度变化不显著，除Ca、Sr、Sb和U外，所有金属浓度在75天后降低。Al、Si和Ni的浓度在75天内逐渐升高，而与此同时Fe、As、Pb的浓度由于光照效应而降低。暗箱培养过程的金属浓度降低达3-66%。随着HS的降解，水提物中DOC浓度和碱土金属含量增加，说明光照对HS有显著的转化作用。总的来说，光和微生物的作用都比对照组中土壤HS或DOM的矿化和改变更有效。最后，本研究的结果表明光照和温度对土壤HS和金属的影响至关重要，预示着全球变暖将对土壤有机质产生重要影响。
综合以上结果和发现，可以肯定地证明，土壤腐殖质和金属以不稳定态和复合态存在于土壤中，它们会随气候条件的影响而沥滤/迁移到周边地表水中。因此，即将到来的全球变暖，特别是温度和阳光，将加速陆地金属和土壤腐殖质往周边地表水的迁移/动力学，从而改变它们在土壤-水中的整个生物地球化学过程及功能。